Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Prezentace se nahrává, počkejte prosím

FMVD I - cvičení č.4 Navlhavost a nasáklivost dřeva.

Podobné prezentace


Prezentace na téma: "FMVD I - cvičení č.4 Navlhavost a nasáklivost dřeva."— Transkript prezentace:

1 FMVD I - cvičení č.4 Navlhavost a nasáklivost dřeva

2 Zadání 1) Stanovte po 2 1 dnech máčení u standardních tělísek SM, JS a BK maximální vlhkost w max a maximální hustotu ρ w max. Srovnejte s teoretickými vypočítanými hodnotami. 2) Vypočítejte pórovitost při vlhkosti 0% P 0 a při určité vlhkosti P w, určete teoretické množství látky, které se může do dřeva impregnací dostat. 3) Vypočtěte sorpční izotermu dle Andersona-McCarthyho a teorie termodynamiky sorpce (-∆Hs ≈ ∆Gs), srovnejte sorpční izotermy mezi jednotlivými dřevy a sestrojte NOMOGRAM RVD = f(T,φ). 4) Diskuse

3 Termodynamika sorpce Systém dřevo – voda = termodynamický systém. Předpoklad probíhání reversibilních dějů. Platí zde základní rovnovážné stavy – rovnováha tepelná, hydrodynamická a chemická. Přechod mezi skupenstvími spočívá v překonávání energetických bariér. Při vypařování vody ze dřeva musí molekula vody překonat obdobnou energetickou bariéru způsobenou vazebnými silami vody ve dřevě (vodíkové vazby) jako při odpařování z volné hladiny, kde působí hlavně síly povrchového napětí.

4 Obr.4.6: Schématické znázornění energetických hladin různého skupenství vody ve dřevě - vodní páry, vody volné a vázané a ledu. E m teplo fuze ledu, E v výparné teplo vody vázané, E 0 výparné teplo vody volné, E s, H s diferenciální teplo sorpce, E b aktivační energie vody vázané, E p aktivační energie vody volné, w f mez nasycení buněčných stěn (Siau 1995).

5 Termodynamika vody volné Celkovou vnitřní energii vody lze charakterizovat entalpii. Entalpii lze také vyjádřit jako součet entropie a volné energie. Entropie je míra neuspořádanosti soustavy a je dána množstvím práce, kterou je třeba dodat systému (při konstantní teplotě), aby se vrátil do původního stavu. Entropie tedy roste s teplotou. Je-li entalpie dána součtem entropie a volné energie, pak platí, že se vzrůstající teplotou klesá volná energie v látce. Pokles volné energie odpovídá rozpínání vodních par. Se stlačováním plynu se uspořádanost systému zvětšuje (klesá entropie) a hodnota volné energie vzrůstá. U rozpínání je tomu opačně. Protože je vzduch nasycený vodní parou v termodynamické rovnováze s vodou kapalnou (vypařování = kondenzaci), mají obě látky stejné množství volné energie rovné G w. Nasycený vzduch vodní parou má ve srovnání se vzduchem nasyceným větší molární objem, a tudíž i nižší G. Vzniká tedy gradient (spád) volné energie  G mezi kapalinou a nenasyceným vzduchem, a důsledkem je vypařování vody, až do dosažení rovnovážného stavu.  G lze spočítat z práce potřebné k roztažení nasyceného vzduchu na objem odpovídající vzduchu nenasycenému. Tuto energii lze vyjádřit také podle rovnice:  G=RTln . Tento rozdíl energie je považován za hybnou sílu difůze vlhkosti ve dřevě. G w = H w - T S w

6 Termodynamika vody vázané Při příjmu vázané vody dřevem se teplo uvolňuje (diferenciální teplo sorpce Es). Je dáno součtem rozdílů volné energie a entropie. Diferenciální teplo sorpce je tedy energie, která vzniká roztržením vodíkových vazeb a přitažlivých sil zemi molekulou vody a sorpčním místem buněčné stěny. Jeho hodnota se rovná rozdílu entalpii mezi stavem absolutně suchého dřeva a MH. –  H s =(E s ) 0 * e^-Bw (E s ) 0 – diferenciální teplo sorpce absolutně suchého dřeva B – koeficient diferenciálního tepla sorpce stanovený experimentálně pro konkrétní dřevinu E s = -  H s

7 Obr.4.5: Grafické znázornění vztahu mezi diferenciálním teplem sorpce E S, volnou energií vody vázané  G S a entropií vody vázané T  S podle rovnic (4.17), (4.20) a (4.16) (Siau 1995).

8 Sorpční izoterma Jedním z kritérií použitelnosti dané sorpční izotermy je její shoda s experimentálními daty. Teorie Anderson – McCarthyho sorpce vychází z předpokladu, že pokles volné energie vody vázané během sorpce je přímo úměrný poklesu sorpčního tepla a platí  H s =k*  G s, kde k je funkční vztah mezi volnou energii a změnou entalpie na vlhkosti dřeva. Dosazením do této rovnice lze snadno spočítat vlhkost dřeva v závislosti na konkrétní relativní vlhkosti vzduchu.

9 Obr.4.11: Sorpční izoterma dřeva (Tilia sp.) při teplotě 30°C - a iniciální desorpce, b adsorpce, c oscilující sorpce.

10 Obr.4.10: Nomogram pro stanovení rovnovážné vlhkosti dřeva v závislosti na relativní vzdušné vlhkosti  a teplotě prostředí T (Kollmann a Coté 1968).

11 Potřebné vzorce Nasáklivost po 14 dnech máčení Výpočet vlhkosti a hustoty teoreticky

12 Potřebné vzorce Pórovitost dřeva Pórovitost dřeva při konkrétní vlhkosti W>MH W

13 Potřebné vzorce Množství impregnační látky, kterou lze dřevo teoreticky napustit při vlhkosti, která se rovná MH m = P w dřeva * ρ látky * V w dřeva

14 Sorpční izoterma Sorpční izotermu podle Andersona McCarthyho určíme podle vztahu w - rovnovážná vlhkost dřeva, která odpovídá dané  a T (%) A=7, ,014348*T B=0, ,000567*T T – termodynamická teplota při které určujeme sorpční izotermu (K)  - relativní vlhkost vzduchu ( )

15 Potřebné vzorce Návrh vlastní izotermy, která vychází z termodynamiky sorpce Z grafu závislostí volné energie a entalpie na vlhkosti dřeva lze pozorovat určitou souvislost mezi těmito energiemi. Nelze však říci, že by G byla určitým konstantním násobkem H. Proto je třeba najít funkční vztah, který by v sobě zahrnoval přístupnou vlhkost. (  H s =  G s * k). Sorpční izoterma smrku platí rovnice k = m * e nw Koef. a a b jsou hodnoty diferenciálního tepla sorpce určeného z tepla smáčení, jejich hodnota je pro konkrétní dřeviny uvedena v literatuře.

16 Obr.4.5: Grafické znázornění vztahu mezi diferenciálním teplem sorpce E S, volnou energií vody vázané  G S a entropií vody vázané T  S podle rovnic (4.17), (4.20) a (4.16) (Siau 1995).

17 Obr Sorpční izoterma

18 Obr.4.15 sorpční izotermy srovnání dřev

19 Použité vzorce


Stáhnout ppt "FMVD I - cvičení č.4 Navlhavost a nasáklivost dřeva."

Podobné prezentace


Reklamy Google